Naarmate elektronische componenten kleiner worden, begrijpen hoe materialen zich op nanoschaal gedragen, is cruciaal voor de ontwikkeling van elektronica van de volgende generatie. Helaas, het is erg moeilijk te voorspellen wat er gebeurt als materialen slechts enkele atoomlagen dik zijn. Om ons begrip van de zogenaamde kwantumeigenschappen van materialen te verbeteren, wetenschappers van de TU Delft onderzochten dunne plakjes SrIrO ₃ , een materiaal dat behoort tot de familie van complexe oxiden. Hun bevindingen zijn onlangs gepubliceerd Fysieke beoordelingsbrieven .

De onderzoekers synthetiseerden het materiaal met behulp van pulsed laser deposition (PLD), een methode voor het afzetten van monokristallijne films met atomaire laagprecisie. "We bestudeerden kristallen met diktes tot 2 atomaire lagen (0,8 nanometer), " zei hoofdauteur Dirk Groenendijk, wie is een Ph.D. kandidaat aan de TU Delft.

Elektronen kunnen normaal gesproken vrij in het materiaal bewegen, en SrIrO ₃ vertoont metaalachtig gedrag. Echter, de wetenschappers ontdekten dat bij een dikte van 4 lagen, er lijkt een keerpunt te komen. Beneden deze dikte de elektronen worden gelokaliseerd en het materiaal gaat over in een isolerende toestand. Tegelijkertijd, de materiële ordes magnetisch en de effecten van spin-baankoppeling worden sterk versterkt. Deze laatste eigenschap is van belang voor de ontwikkeling van nieuwe magnetische geheugenapparaten, omdat de spin van het elektron kan worden gebruikt om informatie op te slaan en over te dragen.

De volgende generatie elektronische apparaten zal verdere miniaturisatie van hun componenten vereisen, en het zal niet lang meer duren voordat chipfabrikanten onder de 10 nanometer gaan. "Op deze schaal je kunt het aantal atomen tellen, en je betreedt het rijk van de kwantummechanica, ", zegt Groenendijk. Voor toekomstige apparaten, onderzoekers zijn ook op zoek naar nieuwe materialen met momenteel ontoegankelijke functionaliteiten. In dit opzicht, complexe oxiden zijn veelbelovende kandidaten die een grote verscheidenheid aan exotische verschijnselen vertonen. Het onderzoek van Groenendijk en collega's vormt een belangrijke stap naar het begrip van hun kwantumeigenschappen in de tweedimensionale limiet.